【正文】 is the most important prerequisite for the design PLC control system, which is designed to the most important principle. This design is easier to achieve braking control of the stepper motor. Its main contents are as follows: An understanding of PLC control the working principle of the stepper motor 2 grasp the PLC hardware structure, the pletion hardware selection 3 Design of PLC control system 4 plete PLC programming with STEP 7 Key words: Stepper motor。 本設計是利用 PLC 做進電動機的控制核心，用按鈕開關的通斷來實現(xiàn)對步進電機正 ,反轉控制，而且正，反轉切換無須經(jīng)過停車步驟。 掌握西門子 S7200 PLC 的原理與程序設計方法。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。全套設計（ 圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 編號 無錫 太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目： 基于 S7200PLC 步進電機調速控制 — 步進驅動控制系統(tǒng)設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 0923127 學生姓名： 肖 超 指導教師： 宋廣雷 （職稱 ： 副教授 ） 2020 年 5 月 25 日全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 無錫 太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 基于 S7200PLC步進電 機調速控制 — 步進驅動控制系統(tǒng)設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 隨著計算機技術的發(fā)展，可編程邏輯控制器的功能不斷擴展和完善，其功能遠遠超出了邏輯控制的范圍，具有了 PID、 A/D、 D/A、算術運算、數(shù)字量智能控制、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)等多方面的功能，它已變成了實際意義上的一種工業(yè)控制計算機。 掌握步進電機的電氣控制試驗系統(tǒng)的工作原理。其次可以通過對按鈕的控制來實現(xiàn)對高，低速度的控制。 PLC control。 PLC 作為簡單化的計算機，以其可靠性高、通用性強、編程簡單易學、指令系統(tǒng)簡單、體積小、維修工作少、現(xiàn)場接口安裝方便、易于掌握等優(yōu)點，在全世界廣泛應用，為生產(chǎn)生活帶來 巨大效益方便。 國內外 PLC的發(fā)展 PLC 又稱可編程序控制器 PC，是微機技術與繼電器常規(guī)控制技術相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的 新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機 [1]。 PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年的歷史，卻得到了廣泛應用 和 迅速發(fā)展，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。它不僅充分利用了微處理器的優(yōu)點來滿足各種領域的控制需求，同時也照顧到現(xiàn)場操作技術人員的技能和習慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達形式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎的 模塊化的軟件結構和形象編程語言，使用戶程序的編制方便易學、清晰直觀，查錯和調試都很容易。可編程序控制器 PLC 在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進控制技術。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅上升但價格卻不斷的下降。如寶鋼一、二期工程就引進了 500 多套，還有秦皇島煤碼頭、汽車廠、咸陽顯像管廠等。為適應這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動機系統(tǒng)，其中都有自己特點，且應用十分廣泛的一類便是步進電動機 [2]。任何一種產(chǎn)品成型的過程，基本上都是規(guī)格品種逐步統(tǒng)一和簡化的過程。／ 176。現(xiàn)在日本步進電動機年產(chǎn)量（含國外獨資公司）近 2 億臺，德國也是世界上步進電動機生產(chǎn)大國。將三相步進電動機同二相步進電動機進行比較后得 出： （ 1） 在獲得小步距角方面，三相電動機比二相電動機要好。 （ 5） 三相電動機繞組可以星形連接，三個終端驅動，勵磁電路晶體管 6 個； 而二相電動機是 8 個。 我國步進電機的研究及制造起始于本世紀 50 年代后期。除反映 在驅動器設計方面的長足進步外，對反應式步進電機本體的設計研究發(fā)展到一個較高水平。 這種現(xiàn)狀對步進電動機的發(fā)展是不利的 [4]。 在經(jīng)歷了一個大的發(fā)展階段后，目前其發(fā)展趨于平緩。步進電動機的運行是在專用的脈沖電源供電下進行的，其轉子的角位移量，或者說轉子走過的步數(shù)，與輸入脈沖數(shù)成正比。由上述步進電動機的特點，使得由它和驅動控制器組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既具有較良好的控制性能，高的控制精度，又能可靠穩(wěn)定地工作。 按使用頻率分為高頻步進電動機和低頻步進電動機。步距角小，成本低、結構簡單、但效率低、動態(tài)性能差、發(fā)熱大，可靠性難 以 保證。）。最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占 97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細分驅動器后效果良好。/微步）。電機生產(chǎn)時給出了一個步距角，這個步距角可稱之為“電機固有步距角”，它不一定是實際工作時的真正步距角，真正步距角與驅動器有關。例如，當人們說 4Nm 的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為 4Nm 的步進電機。步進電機的相數(shù)不同，其步距角也會不同，一般二相電機的步距角為 176。、五相的為 176。如果使用細分驅動器，則步進電機的相數(shù)就變得毫無意義，用戶只要在驅動器上更改細分數(shù)，就可以改變步距角 [7]。 （ 3）由驅動電路與步進電動機組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常非?？煽?、廉價又簡單。 （ 6）步進電機轉速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合。 步進電機在工業(yè)中的應用 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一，由于步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其速度與單位時間內輸入的脈沖數(shù)成正比，其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。另外步進電機也廣泛應用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。 （ 2） 功能性強，適 用 面廣。 （ 3） 可靠性高，抗干擾能力強。 PLC 的輸入、 輸出電路一般用光電耦合器來傳遞信號，使外部電路與 CPU 之間無電路聯(lián)系， 有效地抑制了外部干擾源對 PLC 的影響，同時，還可防止外部高電壓竄入 CPU 模塊。 （ 4） 編程方法簡單，容易掌握。 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的計數(shù)器等部件、時間繼電器、中間繼電器，控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。 （ 6） 質量小、體積小、功耗低，由于 PLC 是將微電子技術應用于工業(yè)控制設備的新型產(chǎn)品，因而結構緊湊，堅固，體積小，質量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和適應環(huán)境溫度、濕度變化的能力。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。向五相和三相電動機方向發(fā)展，目前廣泛應用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。 步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出軸便轉過一個固定的角度。并且， PLC 有采用大功率晶體管的輸出端口，能夠滿足步進電機各相繞組數(shù) 10V 級脈沖電壓、 1A 級脈沖電流的驅動要求。 控制步進電機的速度 每次給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉動一步。三相步進電機可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。而且，電機是三拍的工作方式時，其分辨率為 3 度，六拍的工作方式時，分辨率是 度。定子鐵芯由電工鋼片疊壓而成。 , 轉子上沒有繞組 , 只有均勻分布的個 40 小齒 , 齒槽也是等寬的 , 齒間夾角也是 , 與磁極上 的小齒一致。若 A 相斷電 , B 相通電 , 由于磁力的作用 , 轉子的齒與定子 BB 上的齒對齊 , 轉子沿順時針方向轉過 3176。并使用 PLC 產(chǎn)生各種時序的脈沖。然而，其基本原理是不變的，即：是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當對其施加一個電脈沖時，其輸出轉過一個固定的角度。 步進電機的控制和驅動方法很多，按照使用的控制裝置來分可以分為 :普通集成工業(yè)控制機控制電路控制、可編程控制器控制、單片機控制等幾種；按 照控制結構可分為 :硬脈沖生成器硬脈沖分配結構 (硬 硬結構 )、軟脈沖生成器軟脈沖分配器結構 (軟 軟結構 )、軟脈沖生成器硬脈沖分配器結構 (軟 硬結構 ) [11]。用工業(yè)控制機、單片機、可編程序控制器控制步進電機、普通個人計算機一般均可采用這種結構。這種控制驅動方法電路結構簡單、可以實現(xiàn)復雜的功能，同時占用 CPU 時間較少，用可編程控制器全部實現(xiàn)了驅動器和控制器的功能。 本設計選用西門子 S7200 PLC 通過控制驅動器來控制步進電機。 西門子最早的小型 PLC 產(chǎn)品是在上世紀 末推出的 S7200CPU21*系列的 PLC，但很快就被 CPY22*系列的產(chǎn)品所取代了。 從 CPU 模塊的功能來看， SIMATIC S7200 系列小型 PLC 發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代： 第一代產(chǎn)品，其 CPU 模塊為 CPU 21X，主機都可進行擴展，它具有四種不同配置的 CPU單元： CPU 212， CPU 214， CPU 215 和 CPU 216，本書不介紹該產(chǎn)品。 CPU 22X 系列具有不同的技術性能，使用于不同要求的控制系統(tǒng)： CPU 221：用戶程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小，有一定的高速計數(shù)處理能力，適合用于點數(shù)少的控制系統(tǒng)。 CPU226XM：它是西門子公司推出的一款增強型主機，主要在用戶程序和數(shù)據(jù)存儲容量上進行了擴展，其他指標和 CPU 226 相同。它由 CPU、存儲器、基本輸入 /輸出點和電源等組成，是 PLC 的主要部分。根據(jù) I/O 點數(shù)不同、性質不同、供電電壓不同， I/O擴展模塊有多種類型。 相關設備：相關設備是為充分和方便利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)、使用的一些設備，主要有人機操作界面、編程設備和網(wǎng)絡設備等。為了把這種元器件和傳統(tǒng)電氣控制電路中的繼電器區(qū)別開來，把它們成為軟元件或者軟繼電器。該型號的步矩角為 。規(guī)格： D 為 75mm； D1 為 31mm； 高 H 為 2mm； d 為 8mm； E 為 18mm； L 為 60mm； D2 為 68mm； MS 為 4M3。 圖 三相反應式步進電機的結構圖 在定子磁極和轉子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當?shù)凝X數(shù)配合，當 A 相磁極的小齒與轉子小齒一一對應時， B 相磁極的小齒與轉子小齒相互錯開 1/3 齒距， C 相則錯開2/3 齒距。驅動器的作用是對控制脈沖進行功率放大、環(huán)形分配，使步進電機繞組按一定順序通電，控制電機轉動 [14]。另外， SMD340C 還具有許多非同尋常的特性，能充分控制電機系統(tǒng)的電機械性能，以獲得最大工作效率 。在圖中三極管 T1 起開關作用。當控制輸入信號為低電平時， T1 截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導通，因此繞組中無電流流過；當輸入信號為高電平時， T1 飽和導通， 于是紅外發(fā)光二極管被點亮， 使光敏三極管導通，向功率驅動級晶體管提供基極電流， 使其導通，繞組被通以電流。為此要求線路設置必要的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)，如圖 所示。一是在此應用的 PLC最好是具有實時刷新技術的 PLC，使輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫芝或更高。每當步進電機走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當步數(shù)減為零時，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。STEP 7Micro/WIN 編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應用程序提供了良好的編程環(huán) 境。它的基本功能是協(xié)助用戶完成應用軟件的開發(fā)，其主要實現(xiàn)以下功能。 （ 3）在編輯程序的過程中進行語法檢查，可以避免一些語法錯誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。 運動控制 S7200 提供有開環(huán)運動控制的三種方式： 脈寬調制（ PWM)—— 內置于 S7200，用于速度、位置或占空比控制。該向導可以生成位控指令，用戶可以用 這些指令在應用程序中對速度和位置進行動 態(tài)控制。 STEP 7Micro/WIN 提供一個調制解調擴展向導，它可以幫助用戶設置一個遠端的調制解調 器，或者設置將 S7200 連 向遠端設備的調制解調模塊。當用戶選擇一個 USS
。通過 USS 指令，用戶可以控制這 個物理驅動，并讀 /寫驅動參數(shù)。 創(chuàng)建調制解調模塊程序 使用 EM241調制解調模塊可以將 S7200直接連到一個模擬電話線上，并且支持 S7200全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 與 STEP 7Micro/WIN 的通訊。 EM253 位控模塊一用于速度和位置控制的附加模塊。 （ 4）對用戶程序進行文檔管理